基于仿人智能控制的無人地面車輛自動駕駛系統(tǒng)研究.pdf

1、無人地面車輛是未來陸軍的重要力量，是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)爭信息化和無人化的重要平臺，通過裝載不同的裝備，可以代替人在核生化、輻射和爆炸物等惡劣復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中完成各種各樣的軍事任務(wù)。隨著信息戰(zhàn)的出現(xiàn)和實(shí)踐，現(xiàn)代戰(zhàn)爭將會變得更加激烈殘酷，破壞程度更大，更容易造成人員的傷亡，如何減少人員傷亡，以非人員接觸方式完成戰(zhàn)爭中的裝備搬運(yùn)、補(bǔ)給護(hù)送、醫(yī)療后送、偵察監(jiān)視、探雷排雷甚至聯(lián)合作戰(zhàn)等軍事任務(wù)愈發(fā)至關(guān)重要。在這種軍事需求下，無人地面車輛能充分展示其軍事潛力以及

2、作戰(zhàn)效能，承擔(dān)著最具有危險性的重要軍事任務(wù)，是現(xiàn)代陸軍武器裝備發(fā)展的重要方向之一，在決定未來戰(zhàn)爭成敗和搶奪戰(zhàn)場先機(jī)中將占據(jù)非常重要的作戰(zhàn)地位。
　　在無人地面車輛的發(fā)展里程中，車輛自動駕駛系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時并且準(zhǔn)確地執(zhí)行無人地面車輛具體的運(yùn)動控制動作，其性能一直是影響車輛智能能力的關(guān)鍵因素之一，是無人地面車輛進(jìn)行環(huán)境感知、路徑規(guī)劃以及推理決策等智能能力的基礎(chǔ)，是無人地面車輛的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。隨著各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展、成熟，將來的車輛

3、自動駕駛系統(tǒng)應(yīng)該具有更高層次的適應(yīng)能力和自主駕駛能力。
　　由于無人地面車輛所處環(huán)境的復(fù)雜性，加上無人地面車輛本身是一個非線性時變系統(tǒng)，這些很難用精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述，對基于模型的傳統(tǒng)控制難以滿足系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)，然而在傳統(tǒng)控制理論的基礎(chǔ)之上不斷融入人工智能的思想，是解決這種控制難題的一個重要途徑。
　　針對以上背景，本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種具有仿人智能控制的通用型車輛自動駕駛系統(tǒng)，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)建立了

4、自動駕駛系統(tǒng)的動力學(xué)模型和具有耦合特性的車輛動力學(xué)模型，設(shè)計了直角彎道和“8”字形道路等兩種典型道路軌跡對車輛動力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真研究，分析了整車動力學(xué)模型的基本運(yùn)動性能。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了車輛基于“預(yù)瞄-跟隨”理論的PID控制實(shí)現(xiàn)了較為精確的軌跡跟蹤，取得了較好的控制效果，為自動駕駛系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)以及實(shí)車實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)設(shè)計并研制了自動駕駛系統(tǒng)的通用型執(zhí)行裝置和控制系統(tǒng)。執(zhí)行裝置采用模塊化的設(shè)計方法，通過在人工

5、駕駛車輛的方向盤、離合踏板、制動踏板、油門踏板和換檔手柄上加裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊，及其相應(yīng)的控制模塊，然后將各模塊通過CAN總線與上層決策系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)了車輛的自動操控。
　　(3)提出了一種基于本文所設(shè)計自動駕駛系統(tǒng)的無人地面車輛仿人智能運(yùn)動控制算法，在運(yùn)行控制級和參數(shù)校正級設(shè)計了基于該算法的自動駕駛系統(tǒng)的運(yùn)動控制器，并在所設(shè)計的直角彎道和“8”字形道路軌跡上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究，仿真結(jié)果表明:仿人智能控制器的魯棒性和控制精度都

6、表現(xiàn)出比PID控制器更為優(yōu)越的控制效果，進(jìn)一步為實(shí)車實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)開展了自動駕駛系統(tǒng)的實(shí)車測試與驗(yàn)證。在前面研究內(nèi)容基礎(chǔ)之上，將所研制的自動駕駛系統(tǒng)原理樣機(jī)安裝到車輛上在實(shí)際道路上進(jìn)行了實(shí)車的測試實(shí)驗(yàn)，包括車輛的縱向控制、橫向控制以及綜合控制等，通過所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析PID控制和仿人智能控制對無人地面車輛的實(shí)際控制效果。實(shí)車實(shí)驗(yàn)表明:所設(shè)計的自動駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對車輛方向盤、制動踏板、油門踏板和換檔手柄的精確控制，